發(fā)布時間：2017-08-06 21:25

  本文關(guān)鍵詞：改性納米碳材料負(fù)載鉑催化劑的制備及甲醇電催化氧化性能

  更多相關(guān)文章： 甲醇電催化氧化 鉑催化劑 碳納米管 摻雜 石墨烯 磷化鐵 硼化鐵

【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)具有比能量高,操作溫度低,啟動快速,燃料便宜易得等優(yōu)點,受到廣泛關(guān)注。近年來,納米碳材料包括碳納米管(CNTs)和石墨烯(G)發(fā)展迅速,以此為載體制備Pt催化劑用于DMFC陽極甲醇氧化得到廣泛的研究。本文針對Pt催化劑活性仍有待提高,抗中毒能力弱的問題,采用非金屬摻雜改性碳納米管和石墨烯,并進(jìn)一步采用過渡金屬磷化物、硼化物改性氮摻雜碳納米管,制備了一系列改性的Pt催化劑,并對甲醇電催化氧化性能進(jìn)行了研究。目的是通過對Pt/CNTs和Pt/G催化劑的改性進(jìn)一步提高Pt催化劑的利用率,增加甲醇電催化氧化活性,為DMFC陽極Pt基催化劑的發(fā)展提供實驗基礎(chǔ)和參考依據(jù)。本論文的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)采用摻雜的方式制備了摻氮碳納米管(NCNTs),磷氮共摻雜碳納米管(PNCNTs),摻氮石墨烯(NG),以摻雜改性的碳材料為載體,制備了一系列Pt基催化劑。結(jié)果表明,摻氮明顯增強(qiáng)了Pt與載體之間的相互作用,促進(jìn)了Pt顆粒的均勻分散,減小了Pt的粒徑。在Pt含量13.64%(實測)的Pt/NCNTs催化劑上,Pt的平均粒徑為2.56 nm(Pt/CNTs為3.11 nm),其甲醇氧化質(zhì)量比活性達(dá)到935 A/gPt,是Pt/CNTs催化劑的1.58倍。對于石墨烯來說,氨氣為氮源制備的Pt/NG-NH3催化劑性能較好,Pt的平均粒徑為2.04 nm,甲醇氧化質(zhì)量比活性為889 A/gPt,比沒有摻氮的石墨烯上Pt顆粒3.11 nm,活性638 A/gPt,有明顯改善。在氮摻雜基礎(chǔ)上,適量磷摻雜能進(jìn)一步減小Pt顆粒平均粒徑,提高Pt催化劑的導(dǎo)電性和甲醇氧化性能;但摻入過多磷原子使碳納米管形貌改變,缺陷增多,導(dǎo)電性變差,甲醇氧化性能反而下降。在優(yōu)化的Pt/PNCNTs-5%催化劑上,Pt的平均粒徑為2.32 nm,甲醇氧化質(zhì)量比活性達(dá)到1300 A/gPt。(2)采用FeP、FeB進(jìn)一步改性摻氮碳納米管,制備了一系列Pt/FeP/NCNTs和Pt/FeB/NCNTs催化劑,優(yōu)化了FeP、FeB的負(fù)載量,表征了催化劑結(jié)構(gòu),研究了改性催化劑的甲醇電催化氧化活性。采用TEM、XRD和XPS表征發(fā)現(xiàn),Fe P和FeB改性摻氮碳納米管后,負(fù)載的Pt顆粒分布變得更加均勻,顆粒粒徑明顯降低,Pt與載體的相互作用明顯增強(qiáng)。對于實驗優(yōu)化的Pt/15%FeP/NCNTs和Pt/15%FeB/NCNTs催化劑,Pt的平均粒徑分別為1.56和1.58 nm,而在Pt/NCNTs上為2.56 nm;它們的甲醇氧化質(zhì)量比活性分別達(dá)到1737和1640 A/gPt,比Pt/NCNTs的935 A/gPt顯著提高。EIS測試也表明,FeB的引入降低了催化劑甲醇氧化過程中的電荷傳導(dǎo)阻力,從而提高催化活性。
【關(guān)鍵詞】：甲醇電催化氧化 鉑催化劑 碳納米管 摻雜 石墨烯 磷化鐵 硼化鐵
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 引言11
• 1.2 燃料電池概述11-13
• 1.3 甲醇燃料電池分類13
• 1.4 直接甲醇燃料電池工作原理13-15
• 1.5 直接甲醇燃料電池研究現(xiàn)狀15-17
• 1.6 直接甲醇燃料電池存在的問題17-18
• 1.7 直接甲醇燃料電池陽極Pt基催化劑18-20
• 1.7.1 Pt基納米線18-19
• 1.7.2 Pt基納米管19
• 1.7.3 Pt基納米立方體19-20
• 1.7.4 Pt基納米花20
• 1.8 直接甲醇燃料電池陽極催化劑改性方法20-24
• 1.8.1 摻雜改性20-22
• 1.8.2 共價鍵修飾22
• 1.8.3 非共價修飾22-24
• 1.9 Pt基催化劑制備方法24-26
• 1.9.1 化學(xué)還原法24-25
• 1.9.2 浸漬法25
• 1.9.3 膠體法25
• 1.9.4 電化學(xué)沉積法25-26
• 1.9.5 微乳液法26
• 1.9.6 其他制備方法26
• 1.10 本文研究思路及內(nèi)容26-28
• 第二章 實驗材料和表征方法28-34
• 2.1 化學(xué)試劑及實驗儀器28-30
• 2.1.1 化學(xué)試劑28-29
• 2.1.2 實驗儀器29-30
• 2.2 工作電極的制備30
• 2.2.1 玻碳電極的清洗30
• 2.2.2 工作電極的制備30
• 2.3 催化劑表征30-31
• 2.3.1 元素分析(EPMA)30
• 2.3.2 X射線衍射分析(XRD)30-31
• 2.3.3 X射線光電子能譜(XPS)31
• 2.3.4 電子顯微鏡(EM)31
• 2.4 催化劑電化學(xué)性能表征31-34
• 2.4.1 催化劑電催化甲醇氧化活性的評價32
• 2.4.2 催化劑電化學(xué)活性面積及耐一氧化碳中毒性能測試32-33
• 2.4.3 電極材料的電化學(xué)阻抗測試33-34
• 第三章 非金屬摻雜改性碳材料負(fù)載Pt催化劑的制備及甲醇電催化氧化性能研究34-57
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗方法34-36
• 3.2.1 雜原子摻雜改性碳載體的制備34-36
• 3.2.2 改性納米碳載體負(fù)載鉑催化劑的制備36
• 3.3 氮摻雜碳納米管負(fù)載Pt催化劑的表征及甲醇電催化氧化性能36-41
• 3.4 Pt負(fù)載量對摻氮碳納米管負(fù)載Pt催化劑甲醇催化氧化性能的影響41-47
• 3.5 氮磷共摻雜碳納米管負(fù)載Pt催化劑表征及甲醇電催化氧化性能47-50
• 3.6 氮摻雜石墨烯負(fù)載Pt催化劑的表征及甲醇電催化氧化性能50-55
• 3.7 本章小結(jié)55-57
• 第四章 FeP和FeB改性氮摻雜碳納米管負(fù)載Pt催化劑的制備及甲醇電催化氧化性能57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 FeP改性氮摻雜碳納米管負(fù)載Pt催化劑(Pt/FeP/NCNTs)的制備及甲醇電催化氧化性能57-68
• 4.2.1 Pt/FeP/NCNTs催化劑的制備57-58
• 4.2.2 Pt/FeP/NCNTs催化劑的結(jié)構(gòu)表征與分析58-61
• 4.2.3 FeP負(fù)載量對Pt/FeP/NCNTs催化劑甲醇電催化氧化的影響61-65
• 4.2.4 Pt/FeP/NCNTs與Pt/NCNTs催化劑甲醇電催化氧化性能比較65-68
• 4.3 FeB改性氮摻雜碳納米管負(fù)載Pt催化劑(Pt/FeB/NCNTs)的制備及甲醇電催化氧化性能68-75
• 4.3.1 Pt/FeB/NCNTs催化劑的制備68
• 4.3.2 Pt/FeB/NCNTs催化劑表征與甲醇電催化氧化性能68-75
• 4.4 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果90-91
• 致謝91-92
• 附件92

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